(57)【要約】【課題】  異物粒子の大きさが正確に測定できて、しかも測定時間が短く、低価格のウェーハ表面検査方法及びウェーハ表面検査装置を提供する。【解決手段】  レーザ走査型のウェーハ表面検査装置１を用いて、異物粒子が表面に付着した基準ウェーハ３０表面にレーザ光を照射して、この異物粒子のレーザ光反射強度と位置データを取得する。また、顕微鏡型表面検査装置を用いて、基準ウェーハの各位置における異物粒子の画像を取得し、画像処理を行って各異物粒子の粒径を算出する。そして、位置データをもとに、各異物粒子のそれぞれについてレーザ光反射強度と粒子径とを組み合わせて較正曲線を作成する。この較正曲線をウェーハ表面検査装置の記憶部１７に格納して、表面検査に用いる。【選択図】  図１
2005147874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハを半導体製造工程中に晒し、異物粒子を表面に付着させた基準ウェーハ表面に、レーザ光を照射して前記異物粒子のレーザ光反射強度と位置データを取得する工程と、
前記基準ウェーハ表面の前記異物粒子の画像を取得し、画像処理を行って前記異物粒子の粒径を取得する工程と、
前記異物粒子の前記レーザ光反射強度と前記粒子径から較正曲線を作成する工程と、
前記較正曲線を参照して被検査試料表面の異物粒子の粒径を測定する工程と、
を有することを特徴とするウェーハ表面検査方法。
【請求項２】
前記異物粒子の粒径を取得する工程は、前記異物粒子の位置データに基づいて、その位置における前記異物粒子についてのみ画像を取得することを特徴とする請求項１記載のウェーハ表面検査方法。
【請求項３】
前記基準ウェーハは、その表面が前記被検査試料の表面と同等の平滑性が確保されている半導体、金属、ガラス、セラミクス、酸化物またはそれらの複合材料の内の一つからなることを特徴とする請求項１または２に記載のウェーハ表面検査方法。
【請求項４】
被検査試料を載置するためのステージと、
前記被検査試料表面に照射するためのレーザ光を発光するレーザ光発生手段と、
前記被検査試料表面からの反射光を検出する反射光検出手段と、
ウェーハを半導体製造工程中に晒し、異物粒子を表面に付着させた基準ウェーハ表面にレーザ光を照射して取得した前記異物粒子のレーザ光反射強度とこの基準ウェーハ表面の前記異物粒子の画像を取得し、画像処理を行って取得した前記異物粒子の粒径とから作成した較正曲線を記憶する記憶手段と、
前記被検査試料表面の異物粒子から得たレーザ反射強度と前記記憶手段の前記較正曲線と比較対照して前記異物粒子の粒径を特定する判定手段と、
を有することを特徴とするウェーハ表面検査装置。
【請求項５】
前記異物粒子の粒径は、光あるいは粒子線を利用した顕微鏡画像から求めたことを特徴とする請求項４記載のウェーハ表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を応用した異物粒子を検査するレーザ走査型のウェーハ表面検査方法及びウェーハ表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超ＬＳＩの不良原因の中で、ウェーハ表面に付着した異物粒子に起因する外観形状不良が全体のかなりの部分を占めて、これが歩留まり低下の大きな要因となっている。超ＬＳＩの製造時の損失をできるだけ減少させるためにも、製造ラインに投入したウェーハは、絶えず、異物粒子の付着があるか否かをチェックして、表面の異常に気付いた段階で、早急に原因を解明して改善措置を取ることが必要になる。
【０００３】
ここで、ウェーハ表面に付着した異物粒子の判断の基準は、その大きさが正常な範囲にあるか否かである。このウェーハ表面を検査あるいは異物粒子を検出する方法として、現在、大きく２種類に分類される。
【０００４】
第１の方法は、微小なポリスチレンラテックス（ＰＳＬ）等の真球で粒径が揃っている標準粒子をウェーハ上に噴霧あるいは吹き付け塗布した標準サンプルを作製し、これをレーザ走査型表面検査装置内のステージ上に載置して、この標準サンプルにレーザ光を照射し、その標準粒子から反射してくるレーザ光の強度と既に分かっているＰＳＬ粒子の粒径との相関を調べ、その関係を示すキャリブレーションカーブ（較正曲線）を作成しておく。そして、被検査ウェーハ等の表面にレーザ光を照射し、この被検査ウェーハ表面に付着した異物粒子から反射してくるレーザ光の強度を上述の較正曲線に照合して粒径を割り出すことにより異物粒子を検出する。
【０００５】
この方法は、検査速度が速く、しかも被検査ウェーハ上の異物粒子がＰＳＬ粒子と同等な形状、反射率等をもつ場合には、異物粒子の大きさ（粒径）を正確に算出できる。しかしながら、異物粒子の形状、反射率等がＰＳＬ粒子からずれている場合には、それらの相関がずれるために正確な粒径を算出できないという問題がある。
【０００６】
第２の方法は、被検査ウェーハ表面を光学顕微鏡あるいはＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）等で拡大して、一視野毎に例えばＣＣＤを使って表面画像データとして取り込み、異物粒子や他の欠陥を近傍領域との濃度の比較によって検出して、異物粒子の画像を取出し、この画像から画像処理技術を用いて輪郭を抽出することで異物粒子の粒径を求めている。
【０００７】
この方法は、異物粒子等の形状情報を画像として取り込み、画像処理しているため、高い確率で異物粒子の大きさや形状を把握することができる。しかしながら、最近、ＬＳＩパターンが微細化して、より小さな異物粒子の検出が求められているために、撮影倍率を上げる必要があり、その結果、一視野のウェーハ上の面積は小さくなり、ウェーハ全面からの画像データを取得するには時間がかかる傾向にある。更に、ウェーハ径が増大すれば、その面積に比例して画像データ取得時間及び処理時間がかかり、製造ラインに本装置を導入してスムーズに検査しようとすると、複数台のウェーハ表面検査装置が必要となるため、経済的に不利であるという問題がある。
【０００８】
また、第３の方法として、異物粒子か他の欠陥かを判別するために、一台の装置の中にレーザ光照射による検査機構と顕微鏡による検査機構の両方を組み込んだ検査装置を用いた検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この検査方法では、レーザ光照射による検査機構と顕微鏡による検査機構の両方を組み込むため、異物粒子や他の欠陥を精度よく測定できるが、価格が高くなるという問題がある。
【特許文献１】特開平７−１３４１０３号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように、第１の方法では、異物粒子の形状、反射率等が標準粒子のそれからずれた場合、異物粒子の大きさが正確に測定できないという問題がある。また、第２の方法では、製造ラインに適用するには検査時間がかかるという問題がある。更に、第３の方法では、使用する検査装置が高価であるという問題がある。
【００１０】
本発明では、異物粒子の大きさが正確に測定でき、しかも測定時間が短いウェーハ表面検査方法及び低価格のウェーハ表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様のウェーハ表面検査方法は、ウェーハを半導体製造工程中に晒し、異物粒子を表面に付着させた基準ウェーハ表面に、レーザ光を照射して前記異物粒子のレーザ光反射強度と位置データを取得する工程と、前記基準ウェーハ表面の前記異物粒子の画像を取得し、画像処理を行って前記異物粒子の粒径を取得する工程と、前記異物粒子の前記レーザ光反射強度と前記粒子径から較正曲線を作成する工程と、前記較正曲線を参照して被検査試料の表面異物粒子を検査する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の態様のウェーハ表面検査装置は、被検査試料を載置するためのステージと、前記被検査試料表面に照射するためのレーザ光を発光するレーザ光発生手段と、前記被検査試料表面からの反射光を検出する反射光検出手段と、ウェーハを半導体製造工程中に晒し、異物粒子を表面に付着させた基準ウェーハ表面にレーザ光を照射して取得した前記異物粒子のレーザ光反射強度とこの基準ウェーハ表面の前記異物粒子の画像を取得し、画像処理を行って取得した前記異物粒子の粒径とから作成した較正曲線を記憶する記憶手段と、前記被検査試料表面の異物粒子から得たレーザ反射強度と前記記憶手段の前記較正曲線と比較対照して前記異物粒子の粒径を特定する判定手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、異物粒子の大きさが正確に測定でき、しかも測定時間が短いウェーハ表面検査方法及び低価格のウェーハ表面検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１５】
まず、本発明の実施例に係るレーザ走査型のウェーハ表面検査装置について、図１を参照して説明する。図１は、このウェーハ表面検査装置の構成を概念的に示す図である。
【００１６】
図１に示すように、このウェーハ表面検査装置１は、周知と同様に、レーザ発光部１１、反射光検出部１２、装置制御部１４、信号処理・信号判別部１５、記憶部１７、表示・出力部１８、ステージ１９、及び入力部（図示略）とから構成されている。
【００１７】
本実施例では、記憶部１７に、従来の標準粒子に代わって、実粒子を基準とする基準ウェーハから得られた較正曲線を入力してある点が新しい。
【００１８】
次に、上記較正曲線の作成手順を、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００１９】
まず、図２に示すように、ＬＳＩ等のパターンが描かれてないパターン無しウェーハを用意（ステップＳ１１）する。
【００２０】
次に、これを検査すべき製造工程、または検査すべき製造装置内の通常の製品ウェーハ等が置かれる位置に載置し、例えば３０分間放置してから取り出し、実際の異物粒子が付着した基準ウェーハ（以下、実粒子基準ウェーハという）３０を作製する（ステップＳ１２）。なお、較正曲線を得るためには、粒径の異なる異物粒子が必要であるが、通常、このような製造工程、または製造装置内において必要な粒径範囲の異物粒子が落下付着するので、基本的には１枚の実粒子基準ウェーハ３０で十分な場合が多い。
【００２１】
次に、この実粒子基準ウェーハ３０を上記構成のウェーハ表面検査装置内のステージ１９上に載置して、通常の検査条件でレーザ光を照射して、付着粒子のウェーハ３０内の位置データと、付着粒子から反射するレーザ光強度データ（反射強度）とが対となった基準データを取得し、基準データをウェーハ表面検査装置１内の記憶部１７に記憶させる（ステップＳ１３）。
【００２２】
次に、表面状態の保持に注意しながらこの実粒子基準ウェーハ３０をウェーハ表面検査装置１から取り出して、周知の顕微鏡型表面検査装置であるＳＥＭ（図示せず）内のステージに載置し、ステップＳ１３の位置データをＳＥＭの制御コンピュータに入力し、ＳＥＭの位置データに変換して、その位置での画像を取得して、画像処理を行って粒径を求めて、位置データと粒径とを一組にしたデータを作成する（ステップＳ１４）。
【００２３】
次に、ウェーハ表面検査装置１による位置データとＳＥＭによる位置データは互いに変換可能な関係にあり、同一化できるので、予め入力しておいた処理ソフト等を利用して、例えば、ウェーハ表面検査装置、または、顕微鏡型表面検査装置の制御コンピュータで、ウェーハ表面検査装置で取得した基準データとＳＥＭで取得したデータを照合することによって、反射強度と粒径を対にしたデータを作成する。このデータは、ウェーハ表面検査装置からのレーザ光の反射強度とＳＥＭからの補正された粒径が対になっており、同じ方法で複数の粒径の異なるデータを集めて、直線または曲線で近似することによって較正曲線を作成する（ステップＳ１５）。
【００２４】
そして、この較正曲線を図１に示すウェーハ表面検査装置の記憶部１７に格納しておき、レーザ光反射強度に対して粒径を算出する相関曲線として、製品ウェーハ等の被検査ウェーハの付着粒子等の検査に使用する。
【００２５】
なお、上記ステップＳ１４で、全付着粒子データが必要な場合には、ステップＳ１３で求めた位置データにこだわることなく実粒子基準ウェーハ３０の必要な表面をＳＥＭで走査して、位置データとその位置における画像を取得し、画像処理を行って粒径を求めて、付着粒子の位置、粒径等のデータとしてもよい。
【００２６】
また、初めに、ＳＥＭで位置データとその位置における画像を取得し、この後レーザ走査型表面検査装置で位置データと強度データを取得してもよく、すなわち、ステップＳ１３とステップＳ１４を入れ替えて、データの取得を行っても差し支えない。
【００２７】
図３は、上記ステップＳ１４において、実粒子基準ウェーハ３０から得られた大きさ、形状の異なる２種類の代表的な異物粒子のＳＥＭ像を示す。これは、ＣＶＤ装置の中にＳｉウェーハを載置して、得られた１μｍ前後の２つの異物粒子（撮影倍率は異なる）を撮影したＳＥＭ像であり、それに画像処理によって外形の輪郭（図３の右部の○印）を割り当て、粒径とした例である。図３の０．５μｍの場合のように、球形に近い粒子もあるが、図３の１．５μｍの場合のように、複雑な形状をしているものもある。一例を挙げると、１枚の実粒子基準ウェーハ３０の基準面積内において、粒径範囲別に、例えば１．０μｍ以上の場合は数個、０．１〜１μｍ場合は数１０〜１００個、０．１μｍ以下場合は数１００個の異物粒子が観測された。
【００２８】
以上のように、粒径は、得られた画像の輪郭に予め決められた、例えば円形あるいは楕円形等からなる幾何学形状を割り当てることによって行う。
【００２９】
次に、得られた反射強度と粒径のデータの内、ここでは、所望の粒径および範囲を決めて、例えば１０個ずつランダムにサンプリングして、それらの反射強度分布を統計処理する方法で、粒径と反射強度を求めた例を図４に示す。図４の横軸は粒径、縦軸は相対的な反射強度を示している。粒径は中心値０．１、０．２、０．３、０．５、１．０μｍで、各中心値に対する範囲を±０．０５μｍと規定して、反射強度データの相対値として、それぞれ６０、１００、１２５、１８６、３０２を得た。これを直線で結んで較正曲線を作成する。
【００３０】
次に、上記構成のウェーハ表面検査装置１を用いて、被検査試料に付着した異物粒子の検査方法について、図１を参照して説明する。
【００３１】
ステージ１９は、図示略のステージコントローラによりＸ、Ｙ軸方向に移動可能となっており、まず、このステージ１９上に被検査試料であるウェーハ２１が載置され、レーザ発光部１１により被検査試料であるウェーハ２１の表面にレーザ光が照射される。
【００３２】
次に、ウェーハ２１表面の異物粒子より発生する二次光である反射光は、反射光検出部１２に入射されて電気信号に変換され、この反射光検出部１２で変換された電気信号は、信号処理・信号判別部１５で、信号強度として記憶部１７に記憶される。
【００３３】
そして、信号処理・信号判別部１５において、この記憶された信号強度は、予め記憶部１７に記憶させておいた較正曲線上の強度に対応させられ、それに対応する粒径を割り当てることにより、異物粒子の粒径が求められる。
【００３４】
図５は、本実施例の実粒子基準ウェーハ３０から得た較正曲線を用いて被検査ウェーハ表面を検査した場合と、従来のＰＳＬ標準サンプルから得た較正曲線に用いて被検査ウェーハ表面を検査した場合の結果を示す。図において、横軸はウェーハ表面検査装置から出力された粒径値を示し、縦軸はＳＥＭ観察で求めた粒径値を示す。なお、図中、丸印（○）は、本実施例による実粒子基準ウェーハ３０から得た較正曲線を用いた場合、三角印（△）は、従来のＰＳＬ標準サンプルから得た較正曲線を用いた場合を示している。
【００３５】
図５に示すように、０．０５〜１μｍ範囲にある２０個について、三角印で表した従来のＰＳＬ標準サンプルに基づく較正曲線から求めた場合は、実測値より小さく出る傾向にあり、粒径が大きいほどその乖離が大きくなる傾向にある。これは異物粒子の反射率がＰＳＬの反射率より小さいために、粒径が小さいと見なされたと推測される。
【００３６】
一方、丸印で表した本実施例の実粒子基準ウェーハ３０に基づく較正曲線から求めた場合は、横軸と縦軸の値がかなりよく一致した粒径値を示す。これは実測値にかなり近い粒径値がレーザ走査型表面検査装置でも得られており、本発明の実施例によれば、粒径の精度が飛躍的に上昇することを示している。
【００３７】
上述した本発明の実施例によれば、１枚ないしは少数のウェーハを実粒子基準ウェーハ３０として用い、顕微鏡型表面検査装置で観察した画像データからウェーハに付着して異物粒子の粒径を求め、その粒径情報から較正曲線を作成し、この較正曲線を検査スピードの速いレーザ走査型のウェーハ表面検査装置に入力して、この較正曲線に基づいて被検査ウェーハの異物粒子の大きさを測定している。従って、ウェーハ表面の検査を正確且つ高速に行うことができる。
【００３８】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００３９】
例えば、実粒子基準ウェーハに使用するウェーハは、通常のＳｉあるいは化合物半導体ウェーハの他に、金属、ガラス、セラミクス、酸化物またはそれらの複合材料の内の一つからなり、その表面が被検査ウェーハと同等程度に平滑なウェーハであれば差し支えない。実粒子基準ウェーハは、必ずしも被検査ウェーハと同じ大きさである必要はない。また、表面の平坦性があまりよくない場合、ウェーハ表面に例えば酸化膜等の薄い膜を付けて平滑化することも有効である。
【００４０】
例えば、実粒子基準ウェーハを作製する時に、評価すべき装置あるいは工程にウェーハを静かに載置して、異物粒子が落下するのを待ったが、強制的に落下する条件を作成してもよい。例えば装置に振動を与える、あるいは、静電気的な力を利用して落下を促進することが可能である。
【００４１】
また、実粒子基準ウェーハは、表面にパターンの無いウェーハを使用したが、製造工程に即した表面検査を行う場合は、その製造工程まで終了したパターン付きウェーハ、あるいはその製造工程終了時に最外の表面に存在する膜と同じ膜を表面に付けたウェーハ等を用いても差し支えない。
【００４２】
そして、レーザ走査型のウェーハ表面検査装置と顕微鏡型表面検査装置との間のデータの転送は、適当な記憶媒体に記憶させて持ち運びしてもかまわないし、各装置のコンピュータ間を直接的、あるいは間接的に接続して行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例に係るレーザ走査型のウェーハ表面検査装置の構成を示す概念図。
【図２】本発明の実施例に係る校正曲線の作成手順を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施の形態に係る異物粒子のＳＥＭ像と画像処理による輪郭抽出を示す模式図。
【図４】本発明の実施の形態に係る実粒子基準ウェーハの粒径とレーザ光反射強度の関係を示す較正曲線。
【図５】本発明の実施例によるウェーハ表面の検査結果と従来のウェーハ表面の検査結果を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１  ウェーハ表面検査装置
１１  発光部
１２  反射光検出部
１３ａ、１３ｂ  レーザ光
１４  装置制御部
１５  信号処理・信号判別部
１７  記憶部
１８  表示・出力部
１９  ステージ
２１  ウェーハ
３０  実粒子基準ウェーハ
【図１】
2005147874.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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